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1、无人机倾斜摄影三维建模和应用(一次分享交流会的记录)
声明：内容来源于一个老领导的分享交流，聆听之后略作整理以表敬意，整理过程当中遗漏不足之处在所难免，文中所述不代表任何观点。
倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高细致的构建地表全要素三维模型。
》题目中“无人机倾斜摄影三维建模和应用”有四重含义：一是无人机，二是倾斜摄影，三是三维建模，四是三维模型应用。
》上述四个方面是倾斜摄影技术体系中最重要的内容，需要对每个方面都进行必要的研究，才能更好地推动倾斜摄影技术的进步和应用推广。
》倾斜摄影三维模型的质量主要取决于两个因素：一是影像质量（影像地面分辨率和影像清楚度），二是照片数量（对同一区域的照片覆盖度）。
》从实际建模效果来看，要想获得完整清楚、可供高精度量测的三维模型，建筑区倾斜影像的分辨率要达到2～3厘米、一般地区要达到5～6厘米，照片的平均覆盖度要达到30度重叠以上。（注：这里可能只是项目当中的一些感悟总结，具体精度视项目需求而定）
》因此，多旋翼无人机是进行建筑区倾斜摄影的首选，一般地区的倾斜摄影则可选择小型电动垂直起降固定翼无人机。
》先后调研、参与研制和使用了多款多旋翼无人机。四旋翼无人机因载荷指标不够，可靠性极差，不满足应用需求；六旋翼无人机在高频次飞行作业时，经常出现非人为因素的故障，导致坠机或损坏，可靠性不 够；八旋翼无人机有一定的动力冗余和飞行可靠性，可以提高作业的安全性和持续性，推荐使用。
》八旋翼无人机的起飞重量应小于7公斤，作业续航时间20分钟，使用远景双镜头摆动式倾斜摄影相机，每架次飞行可获取有效面积0.3平方公里2厘米分辨率的照片约900张。
（注：飞机的选择和使用没有绝对，更多的是根据具体地理环境选择合适的工具而已）
》倾斜摄影飞行对固定翼无人机的基本要求是低空飞行、低速巡航、转弯半径小、操作便利、就近起降等。
》使用油动固定翼无人机进行常规航空摄影，虽然飞行效率和性能都不错，但使用和保养要求高，价格也居高不下。
》近两年市场上推出的电动/混合动力垂直起降固定翼无人机，无论是易用程度、单机价格、技术性能等方面，都有了较大的改进，使倾斜摄影技术可以在较大面积的三维建模方面发挥作用，有效地提高了倾斜摄影飞 行的作业效率。
》考虑到操作便利、维修简便、方便运输、单机价格等综合因素，推荐使用电动垂直起降固定翼无人机来进行一般地区的倾斜摄影飞行。
》电动垂直起降固定翼无人机的有效载荷1～2公斤，续航时间60～90分钟，相对飞行高度300米左右，影像地面分辨率5厘米。（视具体机型而定）
》固定式五镜头倾斜摄影相机是目前在无人机倾斜摄影中普遍使用的设备之一，它延续的是原来用在有人驾驶飞机上使用的习惯的五相机结构。
》但对为什么一定要同时用五台相机进行倾斜摄影的原理和技术却鲜有研究，只能说“别人都是这么做的，一定有他的道理，我照着干就是了”。
》为了探究倾斜摄影三维建模对照片方位和数量的要求，我们分别采用1台和2台相机，对同一区域采用多次飞行、交叉飞行的方法，模拟五镜头相机的方式，分别获取下视、前视、后视、左视、右视的影像，并以不 同组合分别进行了三维建模试验
》用不同数量相机模拟五相机结构进行倾斜摄影试验的主要结论如下：
1）建模效果与相机数量无关，但与照片数量和相邻航线飞行的间隔时间相关；
2）下视相机不是必须的，因为真正射影像是由三维模型的正投影生成。下视相机的作用与其它方位相机的作用相似；
3）倾斜相机的角度在20～30度之间较为合适。45度倾斜角安置的相机的照片边缘的分别率过低；
4）采用双相机、三相位摆动结构的倾斜摄影系统综合性价比最优。
》双镜头摆动式倾斜摄影系统仅用两台相机就达到了固定式五镜头相机的效果，系统结构简易、成本低、重量轻、维修使用方便，是多旋翼无人机倾斜摄影的首选。
》航天远景公司的超轻型双镜头二维摆动式
》相机感光传感器的尺寸不应小于APS-C，像素数量大于2400万。
》如使用多旋翼无人机和双镜头摆动式倾斜摄影系统进行建筑区2厘米分辨率的倾斜摄影，航线设计的基本要求是：
1）航摄分区尽量为矩形，航线沿矩形区域长边方向敷设，实际飞行范围应超出任务范围1个航高，分区内地形高差小于1/2航高；
2）航线数量为双数且不少于6条，单航线最大长度按多旋翼无人机有效续航里程的40%计算；
3）相对航高平均按100米设计，当航摄分区内有超过30米的建筑物时，最小相对航高应按100米加上建筑物高度计算；
4）航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于40%。（注：视相机参数和具体环境而定）
》如使用双相机和固定翼无人机对普通地区进行5厘米分辨率的倾斜摄影，航线设计的基本要求是：
1）航摄分区尽量为矩形，沿矩形区域长边方向和短边方向分别敷设航线，呈格网状（按十字交叉飞行），实际飞行范围应超出任务范围1个航高，分区内地形高差小于1/2航高；
2）航线数量应为双数且不少于6条，单航线最大长度按无人机有效续航里程的40%设计，最大长度不超过5500米；
3）相对航高平均按300米设计，最小相对航高应高于摄区内容其他构筑物100米以上；
4）航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于40%。（注：视相机参数和具体环境而定）
》每个航摄分区应统一进行航线设计，用在同一航线设计文件中删除多余航线的方法确定每架次的飞行参数文件。
》外出作业至少应配备10组电池，或配置便携式发电机现场充电，以提高作业效率。
》无人机起降场地应尽量靠近摄区，以减少无效飞行距离。
》作业小组123配置：1辆SUV汽车，2架多旋翼无人机，3名成员（地勤、飞手、助理）。
》倾斜摄影三维模型的建模精度与影像分辨率直接相关，一般为1:3左右。
》倾斜摄影三维模型的平面量测精度和相对高程量测精度基本一致。
》如果影像分辨率为2厘米，则三维模型的建模精度一般为5～10厘米，相应的量测精度也达到10厘米以内，与外业实测点的精度相当，远高于1:500地形图的精度。
》如果影像分辨率为5厘米，则三维模型的建模精度一般为15～20厘米，相应的量测精度也达到20厘米以内，高于1:1000地形图的精度。
》无人机和各类小型倾斜摄影系统的涌现，使得倾斜影像数据的获取变得非常便捷。数据获取的瓶颈已经破解，成本也将逐步降低。。
》计算机集群、GPU、倾斜影像三维建模软件技术的进步，使得三维建模的效率将大幅提升。
》仅就目前情况来看，倾斜摄影三维建模工作所涉及的无人机、倾斜摄影系统、计算机集群、三维建模软件等，已可以满足批量化倾斜影像获取和三维建模处理工作的要求，基本具备了工程化和规模化的条件。
》倾斜摄影技术及其无人机作业方法日渐成形，使得对现实世界的全要素三维重建变得高效可行。
》倾斜摄影目前在测绘领域的主要用途是快速建立细致的地表三维模型，可以替代习惯的手工建模和“倾斜影像+激光扫描”的建模方法。
》不宜将倾斜摄影技术与习惯摄影测量技术进行简
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